基于ECE R13h法规的制动辅助系统测评方法*

朱丞 张恒嘉 郭润清

（中国汽车技术研究中心）

防抱死系统（ABS）已经成为汽车上的标准配置。在制动过程中，配备ABS的汽车能充分利用轮胎与路面之间的附着力，提高制动效能。然而在紧急制动情形中，由于驾驶员（特别是老人和女性）不够果断或腿部力量不足，很难踩踏出足够的制动力以触发ABS，从而浪费了宝贵的制动时间和制动距离。制动辅助系统（BAS）的应用可以有效弥补上述不足，当驾驶者以极快的速度或大力度踩踏制动踏板时，将被判定为需要紧急制动，BAS会迅速提高制动管路压力以触发ABS，帮助驾驶员保持在较高的制动减速度，从而减少制动距离和碰撞速度[1]。文章以欧盟制动法规ECE R13h中BAS的试验和性能要求为基础，验证6款车型所配备的BAS性能，并对试验过程进行阐述。

1 BAS测试的相关参数及试验设备[2]

1.1 需测量的参数

Fp：制动踏板力（2 Hz低通滤波）；vx：车速；ax：x 方向制动减速度（2 Hz低通滤波）；P：前轮缸压力；vp：制动踏板速度；Sp：制动踏板位置。

1.2 试验设备

试验采用惯性导航陀螺仪、制动机器人与轮缸压力传感器。采集量和控制逻辑，如图1所示。

图1 制动辅助系统（BAS）测试设备和控制逻辑

2 ECE R13h法规对BAS的性能要求

ECE R13h法规中根据触发条件的不同将BAS分为A类与B类，其中：A类BAS是当监测到一个较高的踏板力值时，即判定为紧急制动并激活BAS，减小达到ABS全循环需要额外施加的踏板力；B类BAS是当监测到极快的踏板速度时，即判定为紧急制动并激活BAS，增大制动管路压力以实现最大制动减速度或触发ABS全循环。

测试并验证某一车型配备的A类或B类BAS的性能，首先需要测得该车型在制动并触发ABS时的制动减速度（aABS/（m/s2））与所需的最小踏板力（FABS/N）（试验1），作为BAS激活测试（试验2）的参考值，之后进行BAS激活试验，验证BAS的性能是否满足要求。

2.1 aABS与 FABS的测定（试验 1）

ECE R13h附录9-4对试验1的试验方法进行了介绍：试验开始车速为（100±2）km/h，缓慢增加制动踏板力或踏板行程，使制动减速度均匀增加至触发ABS，并在汽车停止前保持ABS持续全循环状态，试验需得到5次合格结果。表1示出ECE R13h附录9-4对试验1中参数的定义。

表1 制动辅助系统（BAS）试验1参数与定义

试验1中驾驶员控制车速，由制动机器人进行制动输入。根据车辆制动系统特性的不同，制动输入可采用踏板行程控制或踏板力控制，图2与图3分别示出2种试验车型分别采用踏板行程和踏板力控制的试验结果及两车型的制动特性，图2和图3中轮缸压力水平波动区间即代表ABS进入全循环调节状态。

图2 车型1通过踏板行程控制制动输入

图3 车型2通过踏板力控制制动输入

从图2b和图3b中可以看出，车型1的踏板行程对减速度的线性关系略好于踏板力对减速度的线性关系；而车型2则相反，后者具有更好的线性相关性。试验中，选择线性相关性较好的参数来控制制动输入，可以使制动减速度较均匀地增加至触发ABS，这对aABS的计算至关重要。得到准确的aABS和FABS值，是进行BAS激活测试的基础，且需要与被测车型的实际状态相吻合。从图2a和图3a中可以看出，试验中踏板力达到FABS的时刻与ABS系统进入全循环调节的时刻基本吻合，证明了试验所得参数的准确。

图4示出车型1的5次试验1减速度时间历程曲线。合格的减速度时间历程曲线在t0+2 s±0.5 s时间段内达到充分制动的减速度（即aABS），同时减速度曲线上升过程应处于以（t0，0），（t0+2，aABS）2 点连线为中心线，±0.5 s的通道之内，即图4中虚线范围之内。

图4 车型1的5次试验1“减速度-时间”历程曲线

通常合适的控制参数可以参考踏板速率（v）和踏板幅度（A）的经验值。

对于踏板力控制：v=（MABS-20）/2；A=1.5MABS

对于踏板行程控制：v=（NABS-N0）/2；A=1.2NABS

式中：MABS——某次试验1中ABS开始进入全循环时刻的踏板力，N；

NABS——某次试验1中ABS开始进入全循环时刻的踏板行程，mm；

N0——踏板力达到20 N时刻的踏板行程，mm。

使用合适的参数进行5次试验1，得到试验结果，如图4所示。对5次试验1的“减速度-踏板力”曲线进行平均即得到该车型的maF曲线，如图5所示。图5中减速度首次达到aABS时对应的踏板力即为FABS。

图5 车型1的maF曲线（试验1）

2.2 BAS激活试验（试验2）

2.2.1 A类BAS系统的评价

ECE R13h中要求A类BAS具有如下性能：一旦检测到紧急制动情况，“减速度-踏板力”曲线或“轮缸压力-踏板力”曲线的斜率应有明显的上升。紧急制动判定的门限踏板力（FT/N）需由生产厂家提供，其对应的减速度（aT（/m/s2））应在3.5～5 m/s2。相比较无BAS的情况，汽车从FT至触发ABS全循环需要的踏板力应减少40%～80%，BAS性能合格区间，如图6中红色区域所示。

图6 A类制动辅助系统性能要求

图6是以减速度为制动性能参考量时，A类BAS系统的性能要求，其中，FABS,extrapolated表示无BAS时，触发ABS全循环所需要的踏板力：

若以轮缸压力为制动性能参考量，则：

式中：PABS——5次试验1结果中，触发ABS全循环时前轮缸压力的均值，MPa；

PT——触发门限的轮缸压力值，由生产厂家提供，其对应的减速度值应处于2.5～4.5 m/s2，MPa。

根据FABS,extrapolated与FT值，确定FABS的合格区间，即FABS,max与FABS,min的值：

若试验1中所得的 FABS值满足：FABS,min≤FABS≤FABS,max，即可证明A类BAS功能存在且满足法规要求。

2.2.2 B类BAS系统的评价

B类BAS系统，通过以下试验方式来验证：

试验车保持（100±2）km/h的速度直线行驶，之后以极快的速率踩踏制动踏板以触发BAS，并使制动踏板力保持在（0.5～0.7）FABS，至汽车停止。制动输入由机器人完成，需要控制以下参数。

1）触发BAS的踏板速率（vp/（mm/s））：一般为300～600 mm/s，可由生产厂家提供准确数值；

2）最大踏板力（Ftrigger/N）：紧急制动时，以速率vp踩踏制动踏板至踏板力达到Ftrigger，之后保持稳定的踏板力；

3）维持稳定的踏板力均值（FBAS/N）：目标值在（0.5～0.7）FABS，保持此踏板力至汽车停止。

试验中若从t0+0.8 s至车速降低到15 km/h的时间段内满足：踏板力 FBAS≤0.7FABS且减速度 aBAS≥0.85aABS，即可证明B类BAS功能存在且满足法规要求。B类制动辅助系统性能要求，如图7所示。

图7 B类制动辅助系统性能要求

3 BAS测试结果分析

3.1 配备B类BAS的M1类车型测试结果

选取6款配备BAS功能的自主品牌SUV车型进行对比试验，其测试结果，如表2所示。表2中，aREF表示在各车型试验1的maF曲线中，踏板力为FBAS时所对应的减速度。

表2 6款自主品牌SUV的BAS测试结果

从表2可以看出，较大部分车型的FABS值虽有所差别，但大多处于180～200 N，aABS值都可达到0.9 g左右或更高。各车型均满足FBAS≤0.7FABS与aBAS≥0.85aABS2项条件，证明其所配备的B类BAS功能存在且符合ECE R13h法规要求。试验中使用的踏板力值均处在120 N左右，对于腿部力量较弱的人群同样容易实现。各车型aBAS相对于aREF均有15%～40%的提升，其中车型1与车型5的aBAS基本达到aABS水平（试验中触发了ABS全循环），而其他4款车型在上述条件下并未达到足以触发ABS的减速度。

3.2 BAS激活后与无BAS作用时的制动效果对比

在车型5的BAS激活试验中，保持其他控制条件不变，逐渐增加紧急制动时的踏板速率，直至激活BAS，并对比BAS激活前后2次试验中汽车的制动效果差异。BAS激活前后2次试验的对比曲线和控制参数，如图8和表3所示。

图8 车型5制动辅助系统激活前后2次试验的对比曲线

表3 制动辅助系统激活前后2次试验的控制参数

从图8可以看出，车型5的BAS触发条件是踏板速度正好介于500～550mm/s；激活BAS时，因ABS调节的影响，踏板力的波动较大，但基本维持在100 N左右；未触发BAS时在t0+0.8 s之后的减速度均值为7.07 m/s2；而激活BAS后，减速度均值提高至9.85 m/s2，制动减速度提升了39.3%。排除制动反应时间的影响，在此制动减速度特性下，不同初速度（k/（m/s））所对应的制动距离，可通过以下方式等效计算。

k初速度下，制动开始后t s时车速为：

求出当 v（k,t）=0 时的时间 t（k），制动距离即为0～t（k）时间内车速的积分。

式中：S（k）——以初速度k制动时的等效制动距离，m；

t（k）——以初速度k制动时的等效时间，s；

v（k,x）——以初速度k制动x s时的车速，m/s；

a（x）——制动开始后x s时的制动减速度，m/s2；

Δt——最短时间间隔，当采样率设定为100 Hz时，Δt=0.01 s。

BAS激活与未激活时，不同初速度下的等效制动距离及制动距离差距，如图9所示。从图9可以看出，车型5在初速度分别为60，80，100 km/h时，依照BAS激活试验中设置的条件进行紧急制动，BAS功能激活后可以使制动距离缩短4.6，8.6，13.8 m。对于初速度在60 km/h以上的情况，制动距离缩短20%～24%。这在紧急制动状况发生时，将降低发生碰撞的概率。

图9 不同初速度下制动辅助系统激活前后的等效制动距离及距离差距

有研究表明，在车辆与行人的碰撞事故中，配备BAS系统的车辆可以使碰撞发生的概率降低12%。发生碰撞时，碰撞速度的降低不仅减小了撞击时的力和冲量，还降低了行人头部与车身发生撞击的概率。据统计，配有BAS的车辆可不同程度地降低碰撞速度，减少32%左右造成严重创伤的概率（ISP）。碰撞速度降低值与减少重伤的概率（ΔISP）之间的关系，如图10所示[3]，图10中R2代表曲线的拟合度。

图10 碰撞事故中碰撞速度降低值与减少重伤的概率（ΔISP）的关系

4 结论

1）试验结果显示，多数车型需要180～200 N的踏板力使ABS进入全循环调节，达到充分制动减速度。对于腿部力量较弱的人群，难以在紧急制动中迅速达到并保持此踏板力水平。

2）试验测定FABS和aABS时，应选择与减速度线性相关较好的踏板力或踏板行程来控制制动输入，使试验结果符合汽车实际状态。

3）BAS功能的作用效果存在差异，部分车型BAS激活后并未达到触发ABS全循环的制动减速度。

4）紧急制动时BAS功能激活后可以实现以小于70%FABS的踏板力触发ABS全循环，或达到85%以上的充分制动减速度，从而缩短制动距离，降低碰撞速度，避免或减少在事故中造成的伤害。

鉴于BAS在碰撞事故中所发挥的巨大作用，欧洲早在2009年就在行人保护法规Reg.(EC)78/2009中规定了BAS的测试和评价方法，且M1和改型自M1的N1类车辆从2009年11月24日起新车型准入强制配备BAS，从2011年2月24日起生产下线的车型强制配备BAS[4]。

从现阶段国内生产的M1类车型来看，10万元以上（尤其是配备ESC）的车型几乎都配有BAS/EBA功能，只有个别最低配置不包含BAS；而8万元以下的车型配置情况则不容乐观，多半为未配置或选配。如今国内并无制动性能或行人保护的相关法规对BAS提出要求，希望随着国民安全意识增强和相关部门提高重视，能出台相关法规来强制BAS功能配置，并规范其性能。